(57)【要約】【課題】  位相シフトマスクの設計上のパターンデータを低減する。【解決手段】  マスク１Ａの転写領域２Ａ，２Ｂの密領域にはハーフトーン膜５を開口することで得られた複数の光透過パターン４ａ，４ｂが配置されている。各転写領域２Ａ，２Ｂの密領域の複数の光透過パターン４ａ，４ｂには、互いに隣接する光透過パターンの各々の透過光の位相が１８０度反転するようにシフタ７ａ，７ｂが配置されている。一方、各転写領域２Ａ，２Ｂの疎領域にはハーフトーン膜５を開口することで得られた孤立状態の光透過パターン４ａ，４ｂが配置されている。転写領域２Ａ，２Ｂの密領域および疎領域の光透過パターン４ａ，４ｂの形状、寸法および位置は互いに同一になっているが、転写領域２Ａ，２Ｂの密領域のシフタ７ａ，７ｂは互いに反転するように配置されている。露光処理では、この転写領域２Ａ，２Ｂをウエハ上のフォトレジスト膜の同一のチップ領域に重ねて露光する。【選択図】  図１
2005129688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）ウエハの主面上にフォトレジスト膜を堆積する工程と、
（ｂ）前記ウエハに対してマスクを用いた縮小投影露光処理を施すことにより、前記フォトレジスト膜に所望のパターンを転写する工程とを有し、
前記（ｂ）工程は、前記マスクの第１転写領域と第２転写領域とを、前記フォトレジスト膜の１つの領域に対して重ねて露光する工程を有しており、
前記第１転写領域および第２転写領域はハーフトーン膜を背景として備え、
前記第１転写領域および第２転写領域の各々の密領域には前記ハーフトーン膜を開口することで形成された複数の光透過パターンが配置され、
前記第１転写領域および第２転写領域の密領域の複数の光透過パターンには互いに隣接する光透過パターンの各々の透過光の位相が反転するように位相シフタが配置され、
前記第１転写領域および第２転写領域の疎領域には前記ハーフトーン膜を開口することで形成された孤立状態の光透過パターンが配置され、
前記第１転写領域および第２転写領域の密領域および疎領域の光透過パターンの形状、寸法および配置は互いに同一とされ、
前記第１転写領域および第２転写領域の密領域の前記位相シフタは互いに反転するように配置されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記第１転写領域と前記第２転写領域とが同一のマスクの同一の主面に配置されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記縮小投影露光処理はスキャンニング露光によって行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の半導体装置の製造方法において、前記第１転写領域と前記第２転写領域とが同一のマスクの同一の主面に配置されており、前記縮小投影露光処理においては、前記第１転写領域と前記第２転写領域とが前記スキャンニング露光の方向に沿って並んで配置されるようにマスクを設置した状態で、前記スキャンニング露光を施すことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記縮小投影露光処理時の露光光としてＡｒＦエキシマレーザを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記縮小投影露光処理時の前記フォトレジスト膜の１つの領域への１回の露光量が、必要な露光量を多重露光の回数で割った値であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記位相シフタはマスク基板に掘られた溝により形成された溝型の位相シフタであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記位相シフタはマスク基板上に堆積されたシフタ膜により形成された上置き位相シフタであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項８記載の半導体装置の製造方法において、前記シフタ膜がレジスト膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記位相シフタの位相は１８０度±５度よりも大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記フォトレジスト膜に転写される所望のパターンがホールパターン形成用またはラインパターン形成用のパターンであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
（ａ）ウエハの主面上に絶縁膜を堆積する工程と、
（ｂ）前記絶縁膜上にポジ型のフォトレジスト膜を堆積する工程と、
（ｃ）前記ウエハに対してマスクを用いた縮小投影露光処理を施すことにより、前記ポジ型のフォトレジスト膜に所望のパターンを転写する工程と、
（ｄ）前記ポジ型のフォトレジスト膜に対して現像処理を施すことによりポジ型のフォトレジスト膜のパターンを形成する工程と、
（ｅ）前記ポジ型のフォトレジスト膜のパターンから露出する前記絶縁膜をエッチングすることにより、前記絶縁膜に配線開口部を形成する工程とを有し、
前記（ｃ）工程は、前記マスクの第１転写領域と第２転写領域とを、前記ポジ型のフォトレジスト膜の１つの領域に対して重ねて露光する工程を有しており、
前記第１転写領域および第２転写領域はハーフトーン膜を背景として備え、
前記第１転写領域および第２転写領域の各々の密領域には前記ハーフトーン膜を開口することで形成された複数の光透過パターンが配置され、
前記第１転写領域および第２転写領域の密領域の複数の光透過パターンには互いに隣接する光透過パターンの各々の透過光の位相が反転するように位相シフタが配置され、
前記第１転写領域および第２転写領域の疎領域には前記ハーフトーン膜を開口することで形成された孤立状態の光透過パターンが配置され、
前記第１転写領域および第２転写領域の密領域および疎領域の光透過パターンの形状、寸法および配置は互いに同一とされ、
前記第１転写領域および第２転写領域の密領域の前記位相シフタは互いに反転するように配置されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の半導体装置の製造方法において、前記縮小投影露光処理はスキャンニング露光によって行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の半導体装置の製造方法において、前記第１転写領域と前記第２転写領域とが同一のマスクの同一の主面に配置されており、前記縮小投影露光処理においては、前記第１転写領域と前記第２転写領域とが前記スキャンニング露光の方向に沿って並んで配置されるようにマスクを設置した状態で、前記スキャンニング露光を施すことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、位相シフトマスクを用いた露光技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
次世代６５ｎｍノードリソグラフィでは、９０ｎｍノードで導入したＡｒＦスキャナを継続して使用したいという要求が強い。９０ｎｍノードでのロジックＬＳＩの配線の寸法は、例えば１００〜１２０ｎｍ程度であり、解像度Ｒを示すＲ＝Ｋ１×λ／ＮＡのＫ１ファクタは約０．５なので、弱い超解像技術の適用で実現可能である。しかし、６５ｎｍノードの配線の寸法は、例えば７０〜９０ｎｍ程度が必要であり、Ｋ１ファクタは約０．３５となり強い超解像技術の導入が不可欠である。超解像技術を実現するには、高精度なマスク技術が必要であり、特に位相シフトマスクの一つであるレベンソンマスク等では、複雑なマスク構造を高精度に実現する必要がある。
【０００３】
超解像技術である位相シフト技術については、例えば、特開平６−８３０３２号公報や本願発明者による特開２００１−２３０１８６号公報がある。上記特開平６−８３０３２号公報では、位相シフトマスクのシフタ材に電子線描画用レジストや二酸化シリコンを用いた場合の問題として、シフタ部の透過率に起因した露光光の減衰を挙げている。これを解決する手段としてシフタの配置を反転した２枚のマスクを準備し、それらを重ね露光することにより、シフタでの露光光の減衰を相補する方法が開示されている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、上記特開２００１−２３０１８６号公報では、透明なマスク基板に掘り込みを入れることでシフタを形成する掘り込みシフタ構造で位相反転パターンを２重露光することにより、掘り込み部の光減衰の影響を消去する方法や密パターンを転写する領域と孤立パターンを転写する領域とを有する位相シフトマスクにおいて孤立パターンには補助パターンを用い解像度を確保する方法が開示されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平６−８３０３２号公報
【特許文献２】特開２００１−２３０１８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、密パターンを転写する密領域と孤立パターンを転写する疎領域とを有する位相シフトマスクにおいて孤立パターンに補助パターンを用いる技術では、以下の課題があることを発明者は見出した。
【０００６】
すなわち、補助パターンの配置により、位相シフトマスクの設計上のパターンデータ数が増大する上、補助パターン配置のＤＡ（Design Automation）処理が必要になり、実用上問題がある。半導体装置の製造工程においては、マスクのパターン数が今後益々増加する傾向にあるので、マスク設計上のパターンデータ数を如何に低減するかは重要な課題である。
【０００７】
本発明の目的は、位相シフトマスクの設計上のパターンデータを低減することのできる技術を提供することにある。
【０００８】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１０】
すなわち、本発明は、複数の転写領域をウエハ上のフォトレジスト膜の１つの領域に重ねて露光する工程を有し、前記複数の転写領域の各々の密領域にはハーフトーン膜を開口することで形成された複数の光透過パターンが配置され、各転写領域の密領域の複数の光透過パターンには互いに隣接する光透過パターンの各々の透過光に位相差が生じるように位相シフタが配置され、各転写領域の疎領域にはハーフトーン膜を開口することで形成された孤立状態の光透過パターンが配置され、前記複数の転写領域の密領域および疎領域の光透過パターンの形状、寸法および配置は互いに同一とされ、前記複数の転写領域の密領域の位相シフタは互いに反転するように配置されているものである。
【発明の効果】
【００１１】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１２】
すなわち、疎領域の光透過パターンに対して補助パターンを配置する必要を無くすことができるので、位相シフトマスクの設計上のパターンデータを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。また、本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
まず、本実施の形態１の半導体装置の製造方法で用いるマスクの一例を図１および図２に示す。図１は本実施の形態１のマスク１Ａの全体平面図を示し、図２は図１のＸＡ−ＸＡ線の断面図を示している。なお、図１は平面図であるが図面を見易くするためハッチングを付す。また、図２には説明のため座標ｘ１〜ｘ１０を示す。
【００１５】
本実施の形態１のマスク１Ａは、集積回路パターンとしてホールパターン（コンタクトホールまたはスルーホール等）を転写するためのマスクを例示している。このマスク１Ａの主面には、例えば２つの転写領域２Ａ，２Ｂが遮光パターン３に規定された状態で図１の上下方向（露光装置のスキャン方向ＳＣ）に沿って並んで配置されている。各転写領域２Ａ，２Ｂは、例えば半導体チップ（以下、単にチップという）を転写する領域に相当している。本実施の形態１では、この２つの転写領域２Ａ，２Ｂを重ねて露光することにより半導体ウエハ（以下、単にウエハという）の１つのチップ領域内のフォトレジスト膜に所望のホールパターンを転写するようなっている。このため、各転写領域２Ａ，２Ｂにはホールパターンを転写するための複数の光透過パターン４ａ，４ｂが配置されている。光透過パターン４ａ，４ｂは、ハーフトーン膜５の一部を開口することにより形成されている。ハーフトーン膜５は、例えばクロム（Ｃｒ）またはモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）等からなり、露光光の透過率を４〜６％程度に低減する半遮光（半透明）膜としての機能の他に、ハーフトーン膜５を透過した光の位相を、ハーフトーン膜５の無い光透過パターン４ａ，４ｂを透過した光の位相に対して１８０度反転させる機能を有している。本実施の形態１においては、各転写領域２Ａ，２Ｂは、ハーフトーン膜を背景として備えている。すなわち、転写領域２Ａ，２Ｂは、光透過パターン４ａ，４ｂを除いて、ほぼ全領域がハーフトーン膜５で覆われた半遮光（半透明）領域とされている。各転写領域２Ａ，２Ｂの外周は、ハーフトーン膜５上に上記遮光パターン３が形成され遮光領域とされている。なお、遮光パターン３は、例えばクロム、酸化クロムまたはこれらの積層膜からなる。また、マスク基板６は、例えば透明な合成石英ガラスからなる。
【００１６】
上記各転写領域２Ａ，２Ｂには、密領域（図１左）と疎領域（図１右）とが存在する場合が例示されている。密領域は、上記ホールパターン転写用の光透過パターン４ａ，４ｂが複数密集して配置されている領域である。一方、疎領域は、上記ホールパターン転写用の光透過パターン４ａ，４ｂが疎らに孤立した状態で配置されている領域である。ここでは疎領域に１個の光透過パターン４ａ，４ｂが配置されている場合が例示されているが、複数の光透過パターンが配置されている場合でも、互いに隣接する光透過パターンの双方の透過光の干渉が少ない状態で配置されている場合は、疎領域の孤立パターンであるものとする。各転写領域２Ａ，２Ｂ内において、光透過パターン４ａ，４ｂの設計上の形状および寸法は、互いに同一とされている。また、各転写領域２Ａ，２Ｂ内の密領域には、互いに隣接する光透過パターン４ａ，４ｂを透過した光の位相が１８０度反転するように、太線で示す位相シフタ（以下、単にシフタという）７ａ，７ｂが配置されている。すなわち、各転写領域２Ａ，２Ｂの密領域は、強い超解像を実現可能なレベンソン型とされている。このように密領域の光透過パターン４ａ，４ｂにシフタ７ａ，７ｂを配置したことにより、位相シフト効果により、高い解像特性を得ることができる。
【００１７】
上記マスク１Ａの転写領域２Ａ，２Ｂの光透過パターン４ａ，４ｂ同士を比較した場合、転写領域２Ａと転写領域２Ｂとで、密領域および疎領域の光透過パターン４ａ，４ｂの配置は同一であり、重ね合わされる光透過パターン４ａ，４ｂの設計上の形状および寸法も同一である。ただし、転写領域２Ａ，２Ｂの密領域のシフタ７ａ，７ｂの配置は互いに逆になっている。すなわち、転写領域２Ａ，２Ｂをウエハの１つのチップ領域に重ねて露光する際に、転写領域２Ａの密領域の所定の光透過パターン４ａを透過した光と、その転写領域２Ａの所定の光透過パターン４ａに対して平面的に重なる転写領域２Ｂの密領域の所定の光透過パターン４ｂを透過した光とでは、透過光の位相が１８０度反転するようにシフタ７ａ，７ｂが配置されている。
【００１８】
ここでは、シフタ７ａ，７ｂが、例えば溝シフタとされている。すなわち、シフタ７ａ，７ｂは、マスク基板６自体に断面凹状の溝を掘り込むことで形成されている。シフタ７ａ，７ｂの深さＺは、透過光の位相を１８０度反転させるために、Ｚ＝λ／（２（ｎ−１））を満たすように形成されている。上式のｎは所定の露光波長の露光光に対するマスク基板６の屈折率、λは露光波長をそれぞれ示している。多重露光を行わない場合、シフタ７ａ，７ｂの深さの誤差の範囲を、例えば位相角度の誤差が±５度以内（ハーフトーン位相シフタも同様）とされる範囲と極めて狭い範囲にしなければならないため、マスクの製造が非常に難しく、マスクの歩留まり低下の原因になっている。これに対して、本実施の形態１においては、多重露光により位相の絶対値精度（誤差精度）が多少悪くても、１８０度位相差の時と同じ解像特性を得ることができる。このため、ウエハに転写されるパターン（転写パターン）の寸法精度を向上させることができる。また、位相角度の誤差を±５度よりも大きくしても良い（１８５度よりも大きくても良く、１７５度よりも小さくても良い）ので、シフタ７ａ，７ｂの深さの誤差の範囲を大幅に緩和できる。このため、マスク１Ａの製造上の容易性を大幅に向上させることができ、マスク１Ａの製造歩留まりを大幅に向上させることができる。したがって、マスク１Ａのコストを低減できる。特に、重ね合わせる転写領域２Ａ，２Ｂを同一のマスク１Ａの同一平面内の異なる平面位置に形成する本実施の形態１においては、その重ね合わせる転写領域２Ａ，２Ｂを別々のマスクに形成する場合に比べて、シフタ７ａ，７ｂの深さおよびその誤差量をマスク基板６の主面内においてほぼ均一にすることができるので、相対的に高い位相の絶対値精度を確保しつつ、容易にマスク１Ａを製造することができる。また、１枚のマスク１Ａで露光するので、転写領域２Ａ，２Ｂを別々のマスクに配置する場合に比べてスループットを向上させることができる。ただし、転写領域２Ａ，２Ｂを別々のマスクに配置し、ウエハ毎に、転写領域２Ａを持つマスクで露光した後、転写領域２Ｂを持つマスクに交換して２重露光しても良い。この方法は、チップサイズが大きく、同一のマスク内に２つの転写領域２Ａ，２Ｂを配置できない場合に有効である。
【００１９】
また、１回露光の場合、シフタ７ａ，７ｂが配置された光透過パターン４ａ，４ｂを透過した光の強度が減衰する結果、シフタ７ａ，７ｂの有無により転写パターンに寸法差が生じる場合がある。これに対して、本実施の形態１では、シフタ７ａ，７ｂの配置された光透過パターン４ａ，４ｂを透過した光と、シフタ７ａ，７ｂの配置されていない光透過パターン４ａ，４ｂを透過した光とを同一領域に重ねて露光することになるので、双方の光強度を平均化することができる。すなわち、光強度のアンバランスをキャンセルすることができるので、光強度分布を均一にすることができる。このため、転写パターンの寸法変動を抑制または防止でき、転写パターンの寸法精度を向上させることができる。したがって、半導体集積回路装置の特性や信頼性を向上できる。
【００２０】
また、上記シフタ７ａ，７ｂの有無によるパターン寸法差は、マスク基板に掘り込んだシフタ用の溝の側壁の影響により透過光の強度が減衰することに起因することから、通常、その対策として庇構造が採用されている。庇構造は、シフタ用の溝の側壁が遮光パターンの下に隠れるように調整し、遮光パターンの端部を庇状に張り出させる構造である。この構造を採用した場合、溝型のシフタが配置された光透過パターンを透過した光の強度を、溝型のシフタが配置されていない光透過パターンを透過した光の強度とほぼ同じとすることができるが、完全には等しくならないのが現状である。また、本発明者によればウエハ上に形成しようとしているパターンの寸法の値に応じて、転写パターンの寸法差が異なるので、ただ単純に溝型のシフタを庇構造としただけでは、転写パターンの寸法差を無くすことが困難であることが判明した。これに対して、本実施の形態１では、微細な庇を設けなくても、シフタの有無やパターン寸法値による転写パターンの寸法変動を抑え、転写パターンの寸法精度を向上させることができるので、マスク１Ａの製造上の容易性を大幅に向上させることができる。すなわち、マスク１Ａの製造工程数を低減できるので、マスク１Ａの製造時間を短縮することができる。また、マスク１Ａの歩留まりを向上させることができる。特に庇構造は、庇長さが長いほど効果があるが、ウエハ上のパターンの微細化要求に伴いマスク１Ａのパターンも微細化されているので、庇長さの増長には限界がある。したがって、庇構造を採らなくてもパターン寸法精度の向上を図れる本実施の形態１の技術は、パターンの微細化に適した技術である。
【００２１】
一方、各転写領域２Ａ，２Ｂの疎領域の光透過パターン４ａ，４ｂには、いずれもシフタ７ａ，７ｂが配置されていない。疎領域については、疎領域の光透過パターン４ａ，４ｂを透過した光と、その周囲のハーフトーン膜５を透過した光とで透過光の位相が１８０度反転することにより、ウエハ上のフォトレジスト膜にホールパターンを良好に転写することが可能になっている。この時、露光装置の光源のコヒーレントファクタ（σ値）は小さいことが望ましい。通常の方法では、疎密パターンの双方の解像特性を両立させるために、互いに最適では無いが両者の中間的な条件を用いているのが現状である。このため、疎密パターンの解像特性を最高の状態にすることができない。本実施の形態１では、コヒーレントに近い小σの照明を用いるため、孤立パターンはハーフトーン位相シフトマスクの効果により充分な解像度を得ることができる。したがって、半導体集積回路装置の特性や信頼性を向上できる。
【００２２】
また、光透過パターン４ａ，４ｂの周囲を遮光膜で形成する構成のマスクでは、マスクの同一転写領域に密領域と疎領域とが共存する場合、密領域と疎領域との両方のパターンをウエハ上のフォトレジスト膜に良好に転写するには、疎領域の光透過パターン４ａ，４ｂの周囲に、フォトレジスト膜には像が転写されない程度の開口で形成される補助パターンを設け、疎領域の光透過パターン４ａ，４ｂを透過した光とその周囲の補助パターンを透過した光とで透過光の位相を１８０度反転させる構成が必要とされる。しかし、補助パターンの配置により、マスクの設計上のパターンデータ数が増大する上、補助パターン配置のＤＡ（Design Automation）処理が必要になり、実用上問題がある。半導体装置の製造工程においては、マスクのパターン数が今後益々増加する傾向にあるので、如何にしてマスク設計上のパターンデータを低減するかは重要な課題である。これに対して本実施の形態１では、疎領域についてはハーフトーン膜５による透過光の位相制御によりホールパターンを良好に転写することができるので、疎領域の光透過パターン４ａ，４ｂに対して補助パターンを設ける必要を無くすことができ、マスク１Ａの設計上のパターンデータを大幅に低減させることができるようになっている。
【００２３】
ところで、上記のようにマスク１Ａのパターンデータ数の低減を目的として疎領域にハーフトーン方式を使用することを想定した場合、１回露光を想定している位相シフトマスクの設計の流れで考えれば、疎領域の背景のみにハーフトーン膜５を設け、密領域の背景には遮光膜を設けるのが普通である。密領域では上記のように超解像を実現すべく、レベンソン方式を採用するので、密領域の背景もハーフトーン膜５にしてしまうと、密領域においてハーフトーン膜５を透過する光とシフタ７ａ，７ｂを透過する光とで透過光の位相が同相になってしまい、フォトレジスト膜へのパターンの転写が不可能となるからである。しかし、密領域の背景を遮光膜とし、疎領域の背景のみをハーフトーン膜５にすると、同一のマスク１Ａの転写領域２Ａ，２Ｂ内に、遮光膜、光透過パターンおよびハーフトーンの光透過率や光反射率等の異なる三つの部材が存在することになるので、マスク製造中の異物や欠陥の検出検査（検査光をマスクに照射し透過した光や反射した光を検出することで欠陥や異物の有無を検査する等）において、欠陥検出感度の設定が技術的に難しくなる結果、誤検出が発生する場合がある。これに対して、本実施の形態１では、転写領域２Ａ，２Ｂの密領域および疎領域の両方を含む全ての背景をハーフトーン膜５にし、かつ、疎領域でレベンソン方式を使用しても、上記のように２重露光することにより、密領域および疎領域の光透過パターン４ａ，４ｂを良好にフォトレジスト膜に転写することができる。このため、本実施の形態１では、転写領域２Ａ，２Ｂの密領域および疎領域の両方を含む全ての背景をハーフトーン膜５にすることができる。すなわち、転写領域２Ａ，２Ｂ内に存在する光透過率や光反射率が異なる部材をハーフトーン膜５と光透過パターン４ａ，４ｂとの２種類に低減できるので、マスク製造中の異物や欠陥の検査において上記誤検出の発生を低減または回避できる。
【００２４】
この他、本実施の形態１によれば、多重露光により、マスク１Ａの転写領域２Ａ，２Ｂにランダムに存在する欠陥を平均化または除去することができるので、マスク１Ａの欠陥の転写を低減または防止できる。また、マスク１Ａの欠陥の転写限界を拡大することができる。すなわち、今まで無視できなかった寸法の欠陥も無視できるようになる。例えば現在は０．２μｍ以上の欠陥が転写されるが、本実施の形態１によれば０．４μｍ以上の欠陥が転写される。すなわち、マスク１Ａ上の０．４μｍ未満の欠陥は無視することができるので、マスク１Ａの欠陥検査の限界寸法を緩和することができる。したがって、マスク１Ａの欠陥検査および欠陥修正を容易にすることができるので、マスク１Ａの製造上の容易性を向上させることができる。また、収差の平均化効果、マスク１Ａ内の寸法分布の平均化効果により転写パターンの寸法精度を向上させることができる。したがって、半導体集積回路装置の特性や信頼性を向上できる。
【００２５】
なお、１枚のマスク１Ａに配置される転写領域の数は、上記に限定されるものではなく種々変更可能である。また、転写領域２Ａ，２Ｂの外周の遮光パターン３で形成される遮光領域には、マスクアライメントマークや計測用マーク等のような他の光透過パターンが形成されている。また、上記転写領域２Ａ，２Ｂ内に、実質的に集積回路を構成するパターンの他、例えば重ね合わせに用いるアライメントマークパターン、重ね合わせ検査に用いるマークパターンまたは電気的特性を検査する際に用いるマークパターン等のような実質的に集積回路を構成しないパターンを形成しても良い。また、本実施の形態１の場合でも一般的に行われているのと同様の光近接効果補正（OPC：Optical Proximity Correction）が必要である。例えば対象パターンに対して隣接パターンまでの距離、隣接パターンの幅、位相シフタの有無等の変数に対してそれぞれ寸法補正を加える必要がある。また、本実施の形態でマスクと言うときはレチクルも含む広い概念を示す。また、本実施の形態で、「遮光領域」、「遮光パターン」、「遮光膜」または「遮光」と言うときは、その領域に照射される露光光のうち、４０％未満を透過させる光学特性を有することを示す。一般に０％から３０％未満のものが使われる。一方、「光透過領域」、「光透過パターン」、「透明領域」、「透明膜」または「透明」と言うときは、その領域に照射される露光光のうち、６０％以上を透過させる光学特性を有することを示す。一般に９０％以上のものが使用される。
【００２６】
次に、上記マスク１Ａを用いた重ね合わせ露光の効果をシミュレーションにより調べた結果を説明する。
【００２７】
図３は、図２の座標ｘ１〜ｘ１０の領域を透過した露光光のウエハ上での光強度分布（INTENSITY PROFILE）の一例を示している。符号Ａは、シフタ７ｂが配置された光透過パターン４ｂを透過した光の強度を示し、符号Ｂは、シフタ７ｂが配置されていない通常の光透過パターン４ｂを透過した光の強度を示している。シフタ７ｂを透過した光の強度Ａが、通常の光透過パターン４ｂを透過した光の強度Ｂに対して相対的に小さいことが分かる。また、図４〜図６は、光強度分布の等高線分布を示している。図４は図１のマスク１Ａの転写領域２Ａで得られる光強度分布、図５は図１のマスク１Ａの転写領域２Ｂで得られる光強度分布、図６は図１のマスク１Ａの転写領域２Ａ，２Ｂを重ね合わせて露光することで得られる光強度分布をそれぞれ示している。シフタ７ａ，７ｂの配置を互いに反転させた転写領域２Ａ，２Ｂを２重露光しているため、光強度が平均化され、隣り合った光強度ピークＣ，Ｄで均一な光強度が得られていることが分かる。実際にパターンを転写した結果、例えば１８２ｎｍのパターンを、密領域および疎領域を含めてチップの全面で±１５ｎｍの精度で良好に形成することができた。また、隣り合うパターンの解像寸法に特別な傾向は見られなかった。
【００２８】
また、図７は、各転写領域内２Ａまたは転写領域２Ｂ内の隣接する光透過パターン４ａ，４ａまたは光透過パターン４ｂ，４ｂの透過光の位相差を１８０度（図７の上段）、１６０度（図７の中段）、１４０度（図７の下段）とずらした場合のウエハ上の光強度分布（INTENSITY PROFILE）の一例を示している。露光光は、例えばＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）、開口数ＮＡは、例えば０．７、コヒーレントファクタ（σ値）は、例えば０．３、焦点位置は、例えば０．３μｍ程度、ハーフトーン膜５の光透過率は、例えば６％程度、転写希望のホールパターンの設計上の直径は、例えば１４０ｎｍ、転写希望のホールパターンの設計上の隣接ピッチは、例えば０．２４ｎｍ程度とした。互いに隣接する光透過パターン４ａ，４ａまたは互いに隣接する光透過パターン４ｂ，４ｂを透過した光の位相差が１８０度からずれても光強度分布に変化が無いことが分かる。すなわち、多重露光を行うことにより、位相差がずれても良好なパターン転写が可能であることが分かる。
【００２９】
また、図８は、１回露光の場合で、各転写領域２Ａ内または転写領域２Ｂ内の隣接する光透過パターン４ａ，４ａまたは光透過パターン４ｂ，４ｂの透過光の位相差が１６５度の場合のウエハ上の光強度分布Ｅ（破線）と、上記位相差が１８０度の場合のウエハ上の光強度分布Ｆ（実線）とを比較して示している。上記位相差が１６５度の光強度分布Ｅの方が、上記位相差が１８０度の光強度分布Ｆに比べて小さいことが分かる。これに対して、図９は、本実施の形態１のマスク１Ａを用いて２重露光を行った場合のウエハ上の光強度分布を示している。本実施の形態１の場合、上記位相差が１６５度でも１８０度でも、互いに隣り合う光強度ピークＧ，Ｈで均一な光強度が得られていることが分かる。
【００３０】
次に、本実施の形態１のマスク１Ａの製造方法の一例を図１０〜図１３により説明する。なお、図１０〜図１３は、マスク１Ａの製造工程中の図１のＸＡ−ＸＡ線に相当する箇所の断面図を示している。
【００３１】
まず、図１０に示すように、マスク基板６の主面上に、例えばクロムまたはモリブデンシリサイド等からなるハーフトーン膜５を、例えばスパッタリング法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により堆積した後、その上に、例えばクロム等からなる遮光膜３Ａを、例えばスパッタリング法により堆積する。続いて、図１１に示すように、遮光膜３Ａ上に、レジスト膜の塗布、電子線等による露光および現像等のような一連のリソグラフィ工程（以下、単に電子線リソグラフィ工程という）を経て、光透過パターン形成用のレジストパターンＥＲ１を形成した後、これをエッチングマスクとしてウエットエッチング処理を施し、レジストパターンＥＲ１から露出する遮光膜３Ａおよびハーフトーン膜５をエッチングすることにより、光透過パターン４ｂ（４ａ）を形成する。その後、レジストパターンＥＲ１を除去する。
【００３２】
次いで、図１２に示すように、マスク基板６の主面上に、電子線リソグラフィ工程を経て、溝シフタ形成用のレジストパターンＥＲ２を形成する。この時、レジストパターンＥＲ２の開口部の外周は、溝シフタ形成領域の外周と一致する必要が無く、その開口部から遮光膜３Ａの一部が露出されていて良いので、合わせ余裕を大きくとることができる。続いて、レジストパターンＥＲ２および開口部から露出する遮光膜３Ａをエッチングマスクとして異方性のドライエッチング処理を施し、レジストパターンＥＲ２および遮光膜３Ａから露出するマスク基板６の一部をエッチングすることにより、溝型のシフタ７ｂ（７ａ）を形成する。重ね合わせ露光を行わない場合、光位相の絶対性制御が厳しく、溝シフタの形成途中に透過光の位相を実際に測定し、再度、電子線リソグラフィ工程を経てレジストパターンを形成してからエッチング処理し、上記測定結果に基づいて溝の深さを修正する等、マスクの製造が手間や時間の掛かる面倒な作業となっている。これに対して、本実施の形態１の場合は、上記のように互いに隣接する光透過パターン４ａ，４ａまたは光透過パターン４ｂ，４ｂを透過する光の位相の絶対値制御（誤差許容量）を緩和することができるので、シフタ７ｂ（７ａ）形成のための溝の深さの誤差許容量も比較的大きくとることができる。したがって、溝シフタの形成途中に透過光の位相を実際に測定したり、再び電子線リソグラフィ工程を経てレジストパターンを形成し、測定結果に基づいて溝深さを修正したりする必要も無くなるので、マスク１Ａの製造工程を簡略化することができる。したがって、マスク１Ａの製造時間を大幅に短縮できる。また、レジストパターンＥＲ２の開口部には遮光膜３Ａが残されているので、ドライエッチング処理に起因して下層のハーフトーン膜５に損傷を与えることも無い。したがって、マスク１Ａの歩留まりおよび信頼性を向上させることができる。
【００３３】
次いで、レジストパターンＥＲ２を除去した後、図１３に示すように、マスク基板６の主面上に、電子線リソグラフィ工程を経て、遮光パターン形成用のレジストパターンＥＲ３を形成する。続いて、レジストパターンＥＲ３をエッチングマスクとしてウエットエッチング処理を施し、レジストパターンＥＲ３から露出する遮光膜３Ａをエッチングすることにより遮光パターン３を形成する。この時、遮光パターン３の一部を除去して上記各種のマークパターンを形成する。その後、レジストパターンＥＲ３を除去し、図１および図２に示したマスク１Ａを製造する。
【００３４】
次に、本実施の形態１のマスク１Ａを用いた多重露光方法の一例を図１４〜図１６により説明する。図１４〜図１６は、多重露光工程時のウエハ９の全体平面図を模式的に示している。ウエハ９は、例えばシリコンを基板とする円形状の薄板で、その主面（デバイス形成面）上には、例えば厚さ２００ｎｍ程度の酸化シリコン膜が堆積され、そらにその上には、例えば厚さ３００ｎｍ程度のポジ型のフォトレジスト膜が塗布されている。実際の露光条件は、例えば次のとおりである。縮小投影露光装置は、スキャナを使用した。スキャナの光源は、例えば波長が１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを使用し、光学レンズの開口数ＮＡは、例えば０．７０である。スキャナの光源の形状は、例えば円形状（変形照明）であり、コヒーレントファクタ（σ値）は、例えば０．３を用いた。フォトレジスト膜への１回の露光量は、例えば１５０Ｊ／ｍ2とし、２重露光により３００Ｊ／ｍ2になるように調整した。すなわち、１回の露光量は、必要な露光量を、多重露光の回数で割った値にされている。マスク１Ａ内の最小パターンは、ウエハ９に転写されるパターン寸法換算で、例えば直径が１８０ｎｍ程度のホールパターンである。
【００３５】
まず、図１４に示すように、マスク１Ａの転写領域２Ａ，２Ｂのパターンをスキャナによりスキャンニング露光する。この時の露光量は、必要量の１／２程度とする。続いて、図１５に示すように、ウエハ９をマスク１Ａに対して図１５の上方向に移動しマスク１Ａの転写領域２Ａ，２Ｂのパターンをキャナによりスキャンニング露光する。この時のウエハ９の移動量は、露光領域の１／２とする。これにより、マスク１Ａの転写領域２Ａを、図１４でウエハ９のフォトレジスト膜に転写したマスク１Ａの転写領域２Ｂに重なるようにする。また、この時の露光量も、必要量の１／２程度とする。これにより、転写領域２Ａ，２Ｂが重なったところで露光に必要な露光量が得られるようにする。続いて、図１６に示すように、ウエハ９をマスク１Ａに対して図１６の上方向に移動しマスク１Ａの転写領域２Ａ，２Ｂのパターンを同様にスキャンニング露光する。この時のウエハ９の移動量も露光領域の１／２とすることにより、マスク１Ａの転写領域２Ａを、図１５でウエハ９のフォトレジスト膜に転写したマスク１Ａの転写領域２Ｂに重なるようにする。また、この時の露光量も、必要量の１／２程度として、転写領域２Ａ，２Ｂが重なったところで露光に必要な露光量が得られるようにする。このような多重露光処理動作をウエハ９の主面全面内において繰り返すことにより、ウエハ９の主面に複数のチップ領域のホールパターンを転写する。上記の説明では、２重露光がなされていない領域（例えばウエハ９の主面の最外周に位置するチップ領域）が発生するが、その領域に対しては露光不要な領域をマスキングブレードにより遮光した状態で、上記２重露光処理を施した。
【００３６】
次に、上記スキャナについて説明する。図１７は、そのスキャナ１０の一例を示している。スキャナ１０は、例えば縮小比４：１の走査型縮小投影露光装置である。スキャナ１０の露光条件は、上記図１４〜図１６で説明したとおりである。
【００３７】
露光光源１０ａから発する露光光ＥＸＬは、フライアイレンズ１０ｂ、アパーチャ１０ｃ、コンデンサレンズ１０ｄ１、１０ｄ２およびミラー１０ｅを介してマスク（レチクル）１Ａを照明する。光学条件のうち、コヒーレントファクタはアパーチャ１０ｆの開口部の大きさを変化させることにより調整した。マスク１Ａ上には異物付着によるパターン転写不良等を防止するためのペリクルＰＥが設けられている。マスク１Ａ上に描かれたマスクパターンは、投影レンズ１０ｇを介して試料基板であるウエハ９の主面のフォトレジスト膜に投影される。なお、マスク１Ａは、マスク位置制御手段１０ｈおよびミラー１０ｉ１で制御されたマスクステージ１０ｉ２上に載置され、その中心と投影レンズ１０ｇの光軸とは正確に位置合わせがなされている。
【００３８】
ウエハ９は、試料台１０ｊ上に真空吸着されている。試料台１０ｊは、投影レンズ１０ｇの光軸方向、すなわち、試料台１０ｊのウエハ載置面に垂直な方向（Ｚ方向）に移動可能なＺステージ１０ｋ上に載置され、さらに試料台１０ｊのウエハ載置面に平行な方向に移動可能なＸＹステージ１０ｍ上に搭載されている。Ｚステージ１０ｋ及びＸＹステージ１０ｍは、主制御系１０ｎからの制御命令に応じてそれぞれの駆動手段１０ｐ，１０ｑによって駆動されるので、所望の露光位置に移動可能である。その位置はＺステージ１０ｋに固定されたミラー１０ｒの位置として、レーザ測長機１０ｓで正確にモニタされている。また、ウエハ９の表面位置は、通常の露光装置が有する焦点位置検出手段で計測される。計測結果に応じてＺステージ１０ｋを駆動させることにより、ウエハ９の主面は常に投影レンズ１０ｇの結像面と一致させることができる。
【００３９】
マスク１Ａとウエハ９とは、縮小比に応じて同期して駆動され、露光領域がマスク１Ａの主面を走査しながらマスクパターンをウエハ９の主面のフォトレジスト膜に縮小転写する。このとき、ウエハ９の主面位置も上述の手段によりウエハ９の走査に対して動的に駆動制御される。ウエハ９に形成された回路パターンに対してマスク１Ａ上の回路パターンを重ね合わせ露光する場合、ウエハ９上に形成されたマークパターンの位置をアライメント検出光学系１０ｔを用いて検出し、その検出結果からウエハ９を位置決めして重ね合わせ転写する。主制御系１０ｎはネットワーク装置１０ｕと電気的に接続されており、スキャナ１０の状態の遠隔監視等が可能となっている。
【００４０】
図１８は上記スキャナ１０のスキャンニング露光動作を模式的に示した説明図を示し、図１９はスキャナ１０の露光領域を抜き出して模式的に示した説明図を示している。なお、図１８および図１９では図面を見易くするためハッチングを付す。
【００４１】
スキャナ１０を用いたスキャンニング露光処理では、マスク１Ａとウエハ９とを各々の主面を平行に保ちながら相対的に逆方向に移動させる。すなわち、マスク１Ａと、ウエハ９とは鏡面対称の関係になるので、露光処理に際し、マスク１Ａのスキャン（走査）方向と、ウエハ９のスキャン（走査）方向とは、図１８の矢印で示すステージスキャン方向Ｇ，Ｈに示すように逆向きになる。マスク１Ａは、その転写領域２Ａ，２Ｂがスキャナ１０のスキャン方向に沿って配置されるようにセッティングする。駆動距離は、縮小比４：１の場合、マスク１Ａの移動量の４に対して、ウエハ９の移動量は1になる。このとき、露光光ＥＸＬを、アパーチャ１０ｆの平面長方形状のスリット１０ｆｓを通じてマスク１Ａに照射する。すなわち、投影レンズ１０ｇの有効露光領域１０ｇａ内に含まれるスリット状の露光領域（露光帯）ＳＡ１を実効的な露光領域として用いる。特に限定されないが、そのスリット１０ｆｓの幅（短方向寸法）は、通常、ウエハ９上において、例えば４〜７ｍｍ程度である。そして、そのスリット状の露光領域ＳＡ１を、スリット１０ｆｓの幅（短）方向（すなわち、スリット１０ｆｓの長手方向に対して直交または斜めに交差する方向）に連続移動（走査）させ、さらに結像光学系（投影レンズ１０ｇ）を介してウエハ９の主面に照射する。これにより、マスク１Ａの転写領域２Ａ，２Ｂ内のマスクパターン（集積回路パターン、実施の形態１ではホールパターン）をウエハ９の複数のチップ領域ＣＡの各々に転写する。なお、ここでは、スキャナ１０の機能を説明するために必要な部分のみを示したが、その他の通常のスキャナに必要な部分は通常の範囲で同様である。
【００４２】
図２０に、ステッパを用いた場合の露光領域ＳＡ２（図面を見易くするためハッチングを付す）を示す。ステッパでは、１ショット（１チップまたは複数チップ）の露光が終わるとステージを次のショット位置まで移動させ、同様の露光を繰り返すことでウエハの主面全面を露光するようになっている。ステッパの場合、投影レンズ１０ｇの有効露光領域１０ｇａ内の平面正方形状の露光領域ＳＡ２を実効的な露光領域として用いる。この露光領域ＳＡ２は、その四隅が有効露光領域１０ｇａに内接されている。本実施の形態１の方法は、露光装置としてステッパを使用することもできるが、通常、投影レンズ１０ｇには種々の収差があるため、ステッパを用いて多重露光すると、設計通りのパターンを良好に形成することが困難である。これに対して、スキャナ１０を用いた露光処理においては、スキャン方向に直交する方向においてレンズ収差に起因する位置ずれが生じるが、スキャン方向においてレンズ収差が同一となるため同じ形状が保たれる。本実施の形態１は、このスキャナの持つ特性を利用しているもので、スキャナを用いた場合、転写領域２Ａ，２Ｂで転写される各々のパターンは、スキャン方向に直交する方向においてほぼ同じ変形を持っているが、しかもスキャン方向においてほぼ同じ形状で形成される。重ね合わせ露光を行う転写領域２Ａ，２Ｂをスキャン方向に沿って配置したのもこのためである。したがって、２重露光しても、高い重ね合わせ精度でパターンを形成することができる。
【００４３】
（実施の形態２）
本実施の形態２では、集積回路パターンとしてラインパターン（ゲート電極または配線等）を転写するためのマスクに適用した場合について説明する。
【００４４】
図２１は本実施の形態２のマスク１Ｂの一例の全体平面図、図２２は図２１のＸＢ−ＸＢ線の断面図をそれぞれ示している。各転写領域２Ａ，２Ｂには、ラインパターン転写用の平面帯状の光透過パターン４ｃ，４ｄが配置されている。各転写領域２Ａ，２Ｂの密領域には、複数の光透過パターン４ｃ，４ｄが図２１の左右方向に沿って並んで配置されている。各転写領域２Ａ，２Ｂの密領域では、複数の光透過パターン４ｃ，４ｄの１つおきにシフタ７ａ，７ｂが配置されている。本実施の形態２でも前記実施の形態１と同様に転写領域２Ａと転写領域２Ｂとでシフタ７ａ，７ｂの配置が反転するようになっている。各転写領域２Ａ，２Ｂの疎領域では１個の光透過パターン４ｃ，４ｄが配置されている。転写領域２Ａの疎領域の光透過パターン４ｃにはシフタが配置されていないのに対して、重ね合わされる転写領域の２Ｂの疎領域の光透過パターン４ｄには溝型のシフタ７ｂが配置されている。特に孤立パターンと密パターンとの中間に分類されるような光透過パターンの配置がある場合もあるので、その場合には、疎密の全てにおいて、位相反転して２重露光するほうが好ましい。図２２の座標ｘ１〜ｘ１０の透過光の光強度分布は、前記実施の形態１の図３と同じである。
【００４５】
このマスク１Ｂを用いた露光処理によりウエハに所望のパターンを転写する場合、その所望のパターンが絶縁膜等に穴や溝を形成するときはポジ型のフォトレジスト膜を用い、絶縁膜等の上にパターンを形成するときはネガ型のフォトレジスト膜を用いる。
【００４６】
本実施の形態２でも前記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
（実施の形態３）
本実施の形態３では、シフタを膜で形成した方式（シフタ膜上置き方式または上置きシフタ）について説明する。
【００４８】
図２３および図２４は、本実施の形態３のマスク１Ｃの転写領域２Ａ，２Ｂの重ね合わせ露光部分の要部断面図を示している。図２４は図１のＸＡ−ＸＡ線に相当する箇所の断面図であり、図２３は図２４に重ね合わされる部分の断面図であって図１の転写領域２Ａにおいて上記ＸＡ−ＸＡ線に平行な線に相当する箇所の断面図である。
【００４９】
本実施の形態３のマスク１Ｃでは、シフタ７ｃ，７ｄが、例えばレジスト膜またはＳＯＧ（Spin On Glass）膜で形成されている。マスク１Ｃの平面形状は、図１や図２１と同じである。シフタを膜で形成する場合、マスク基板６の主面内におけるシフタの厚さが下地のパターンの面内位置や形状等により変わり、全体として不均一となる場合がある。シフタ７ｃ，７ｄの厚さが異なると透過光の位相も変わるので、１回露光のみでパターンを転写する露光処理では問題である。これに対して、本実施の形態３では、上記のように重ね合わせ露光を行うことにより、透過光の位相の絶対値制御（誤差許容量）を緩和することができるので、各転写領域２Ａ，２Ｂ内でシフタ７ｄ，７ｃの厚さが若干変わっても問題なく露光を行うことができる。なお、転写領域２Ａ，２Ｂの重ね合わせが行われる光透過パターン４ａ，４ｂは、マスク基板６の主面内位置や形状がほぼ同じなので、そのシフタ７ｃの厚さＪ１と、シフタ７ｄの厚さＫ１はほぼ等しい。したがって、重ね合わせ部分での透過光の位相の問題は生じない。
【００５０】
このようなマスク１Ｃを製造するには、図２５に示すように、遮光パターン３およびハーフトーン膜５のパターンが形成されたマスク基板６の主面上に、レジスト膜またはＳＯＧ膜等からなるシフタ膜１２を堆積した後、そのシフタ膜１２をリソグラフィ工程を経てパターニングすることによりシフタ７ｃ，７ｄを形成することで製造すれば良い。シフタ膜１２としてレジスト膜を用いた場合、そのまま露光、現像できるので、シフタ７ｃ，７ｄを容易に形成でき、また、シフタ７ｃ，７ｄのパターン形成精度も向上させることができる。一方、シフタ膜１２としてＳＯＧ膜を用いた場合、レジスト膜に比べて大幅に耐久性を向上させることができるので、マスク１Ｃの寿命を向上させることができる。
【００５１】
（実施の形態４）
本実施の形態４では、前記マスクを用いた半導体装置の製造方法の一例を説明する。
【００５２】
図２６は、本実施の形態４の半導体装置の製造工程中のウエハ９の要部平面図、図２７は図２６のＸＣ１−ＸＣ１線の断面図を示している。ウエハ９の基板９Ｓは、例えばｐ型のシリコン単結晶からなり、その主面の各チップ領域には、例えばｐチャネル型のＭＯＳ・ＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）およびｎチャネル型のＭＯＳ・ＦＥＴ等のような能動素子や抵抗等のような受動素子が形成されている。ｐチャネル型のＭＯＳ・ＦＥＴおよびｎチャネル型のＭＯＳ・ＦＥＴによりＣＭＯＳ（Complementary MOS）回路が形成され、これにより論理回路が形成される。このウエハ９の主面上には、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2等）からなる絶縁膜１５ａ〜１５ｄと、それよりも薄い窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4等）からなる絶縁膜１６ａ〜１６ｃとが交互に堆積されている。絶縁膜１５ｂ，１６ａには、配線溝（配線開口部）１７ａが形成され、その配線溝１７ａには第１層目の埋込配線１８ａ（シングルダマシン配線）が形成されている。埋込配線１８ａの主配線材料は、例えばタングステン等からなり、その側面および底面には、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）等からなるバリア膜が薄く形成されている。絶縁膜１５ｄ上には、反射防止膜１９ａおよびポジ型のフォトレジスト膜ＰＲ１が下層から順に堆積されている。
【００５３】
まず、上記のようなウエハ９のフォトレジスト膜ＰＲ１に対して前記実施の形態１で説明したマスク１Ａを用いて露光処理を施した後、現像処理を施すことにより、図２８および図２９に示すように、ホールパターン形成用の開口部２０ａを有するフォトレジスト膜ＰＲ１のパターンを形成する。この時の露光装置および露光条件は、前記実施の形態１で説明したのと同じである。なお、図２８は図２６および図２７に続く半導体装置の製造工程中のウエハ９の要部平面図、図２９は図２８のＸＣ２−ＸＣ２線の断面図をそれぞれ示している。
【００５４】
続いて、フォトレジスト膜ＰＲ１のパターンをエッチングマスクとしてエッチング処理を施すことにより、図３０に示すように、開口部２０ａから露出する反射防止膜１９ａ、絶縁膜１５ｄ，１６ｃ，１５ｃを順にエッチングしてスルーホール２１ａを形成する。この時、スルーホール２１ａの底部の絶縁膜１６ｂがエッチストッパとして機能するようにエッチング処理を施す。このため、この段階のスルーホール２１ａの底部には絶縁膜１６ｂが残されている。その後、フォトレジスト膜ＰＲ１および反射防止膜１９ａを除去した後、図３１に示すように、ウエハ９の主面に、スルーホール２１ａを埋め込むように、新たな反射防止膜１９ｂを堆積する。さらに、その反射防止膜１９ｂ上に、ポジ型のフォトレジスト膜ＰＲ２を塗布する。
【００５５】
次いで、ウエハ９のフォトレジスト膜ＰＲ２に対して前記実施の形態２で説明したマスク１Ｂを用いて露光処理を施した後、現像処理を施すことにより、図３２および図３３に示すように、ラインパターン形成用の開口部２０ｂを有するフォトレジスト膜ＰＲ２のパターンを形成する。この時の露光装置および露光条件は、前記実施の形態１で説明したのと同じである。なお、図３２は図３１に続く半導体装置の製造工程中のウエハ９の要部平面図、図３３は図３２のＸＣ３−ＸＣ３線の断面図をそれぞれ示している。
【００５６】
続いて、フォトレジスト膜ＰＲ２のパターンをエッチングマスクとしてエッチング処理を施すことにより、図３４に示すように、開口部２０ｂから露出する反射防止膜１９ｂ、絶縁膜１５ｄを順にエッチングして配線溝（配線開口部）１７ｂを形成する。この時、配線溝１７ｂの底部の絶縁膜１６ｃがエッチストッパとして機能するようにエッチング処理を施す。このため、この段階の配線溝１７ｂの底部には絶縁膜１６ｃが残されている。その後、フォトレジスト膜ＰＲ２および反射防止膜１９ｂを図３５に示すように除去した後、配線溝１７ｂおよびスルーホール２１ａの底部の絶縁膜１６ｃ，１６ｂを、熱リン酸等を用いたウエットエッチング処理により選択的に除去し、図３６に示すように、スルーホール２１ａおよび配線溝１７ｂを完全に形成する（デュアルダマシン法）。これにより、スルーホール２１ａの底部からは埋込配線１８ａの上面の一部が露出される。
【００５７】
次いで、ウエハ９の主面に、例えばタンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）または窒化チタン（ＴｉＮ）からなるバリア膜をスパッタリング法等により薄く堆積し、さらにその上に、例えば銅（Ｃｕ）からなる主配線材料をメッキ法やＣＶＤ法等により相対的に厚く堆積した後、これらの積層膜を化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ）法等により研磨する。この時、配線溝１７ｂの外部の不要な主配線材料およびバリア膜の積層膜を除去し、その積層膜が配線溝１７ｂおよびスルーホール２１ａ内のみに残されるようにする。これにより、図３７および図３８に示すように、配線溝１７ｂ内に第２層目の埋込配線１８ｂ（デュアルダマシン配線）を形成する。
【００５８】
このように本実施の形態４によれば、露光光源としてＡｒＦエキシマレーザを用いて、６５ｎｍノードの配線寸法（例えば７０〜９０ｎｍ程度）を持つ論理回路を有する半導体装置を製造することができる。
【００５９】
（実施の形態５）
本実施の形態５では、マスクの変形例を説明する。
【００６０】
図３９は、本実施の形態５のマスク１Ｄの要部断面図（図１のＸＡ−ＸＡ線に相当する箇所または図２１のＸＢ−ＸＢ線に相当する箇所の断面図）を示している。このマスク１Ｄでは、マスク基板６の主面上にシフタ膜２５が堆積され、その上にハーフトーン膜５および遮光パターン３が形成されている。シフタ膜２５は、位相シフタとして作用する目的に適合した厚さ（＝上記Ｚの式）で形成されており、例えばマスク基板６と同等または同程度の光透過率および屈折率のＳＯＧ（Spin On Glass）膜等からなる。溝型のシフタ７ｂ（７ａ）は、光透過パターン４ｂ（４ａ）の領域のシフタ膜２５を除去することで形成されており、シフタ７ｂ（７ａ）の底面からはマスク基板６の主面が露出されている。シフタ７ｂ（７ａ）を形成する際には、マスク基板６とシフタ膜２５とのエッチング選択比を高くし、シフタ膜２５のエッチング速度の方がマスク基板６のエッチング速度よりも速くなるようにする。すなわち、マスク基板６をエッチングストッパとして溝型のシフタ７ｂ（７ａ）を形成する。これにより、溝型のシフタ７ｂ（７ａ）の深さ（すなわち、シフタ膜２５の厚さ）および溝型のシフタ７ｂ（７ａ）の底面の平坦性を極めて高い精度で形成できる。このため、透過光の位相誤差を大幅に低減または無くすことができるので、ウエハ９の主面に転写されるパターンの寸法精度を大幅に向上させることが可能となる。マスク１Ｄの平面図、露光方法および露光条件等については前記実施の形態１〜４と同じなので説明を省略する。
【００６１】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００６２】
例えば前記実施の形態１〜５では、２重露光について説明したが、これに限定されるものではなく種々変更可能であり、例えば３重露光や４重露光等、２回以上重ねて露光しても良い。本実施の形態では、位相シフトマスクを用いるので、位相反転が生じることを考慮すると重ね合わせ回数は偶数回が好ましい。このように重ね露光回数を増やすことにより、パターン欠陥を低減または無くすことができるので、断線不良、短絡不良等の発生を低減または無くすことができる。
【００６３】
また、前記実施の形態１〜５では、絶縁膜や導体膜をエッチング加工する場合に用いるフォトレジストパターンを形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば不純物をウエハに導入する際にマスクとして用いるフォトレジストパターンを形成する場合にも適用できる。
【００６４】
また、露光光源として露光波長３６５ｎｍのｉ線、露光波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザまたは露光波長１５７ｎｍのF2エキシマレーザを用いても良い。
【００６５】
また、露光光源用の変形照明（中央部の照度を下げた照明）として、例えば斜方照明、４重極照明、５重極照明等の多重極照明を用いても良い。また、変形照明と等価な瞳フィルタによる超解像技術を用いても良い。
【００６６】
また、前記実施の形態４では、ダマシン配線の形成工程に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、導体膜をパターニングすることで配線を形成する場合にも適用できる。この場合は、上記導体膜上にネガ型のフォトレジスト膜を堆積し、そのネガ型のフォトレジスト膜に上記多重露光方法でパターンを転写する。
【００６７】
また、前記実施の形態１〜５では、ウエハがシリコンを基板として有する半導体ウエハの場合について説明したが、これに限定されるものえはなく、ウエハは、サファイア基板、ガラス基板、その他の絶縁、反絶縁または半導体基板等並びにそれらの複合的基板の場合もある。
【００６８】
また、半導体装置は、シリコンウエハやサファイア基板等の半導体または絶縁体基板上に作られるものの他、特に、そうでない旨明示された場合を除き、ＴＦＴ（Thin-Film-Transistor）およびＳＴＮ（Super-Twisted-Nematic）液晶等のようなガラス等の他の絶縁基板上に作られるもの等も含むものとする。
【００６９】
また、ＤＲＡＭのコンタクトホールやスルーホールの形成に適用することにより、ビット救済チップ数を低減することが可能となる。
【００７０】
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野である半導体装置の製造方法に適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく種々適用可能であり、例えば液晶表示装置やマイクロマシン等のような半導体装置以外のものの製造方法にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、微細加工を必要とする製品の製造業に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法で用いるマスクの全体平面図である。
【図２】図１のＸＡ−ＸＡ線の断面図である。
【図３】図２の座標ｘ１〜ｘ１０の領域を透過した露光光のウエハ上での光強度分布の一例のグラフ図である。
【図４】図１のマスクの上段の転写領域で得られる光強度分布の説明図である。
【図５】図１のマスクの下段の転写領域で得られる光強度分布の説明図である。
【図６】図１のマスクの上下段の転写領域を重ね合わせて露光することで得られる光強度分布の説明図である。
【図７】図１の各転写領域内の隣接する光透過パターンの透過光の位相差を１８０度（上段）、１６０度（中段）、１４０度（下段）とずらした場合のウエハ上の光強度分布の一例の説明図である。
【図８】１回露光の場合で、各転写領域内の隣接する光透過パターンの透過光の位相差が１６５度の場合のウエハ上の光強度分布（破線）と、上記位相差が１８０度の場合のウエハ上の光強度分布（実線）とを比較して示すグラフ図である。
【図９】図１のマスクを用いて重ね合わせ露光を行った場合において各転写領域内の隣接する光透過パターンの透過光の位相差が１８０度ある場合と１６５度ある場合とのウエハ上の光強度分布のグラフ図である。
【図１０】図１のマスクの製造工程中におけるマスク基板の断面図である。
【図１１】図１０に続くマスク基板の断面図である。
【図１２】図１１に続くマスク基板の断面図である。
【図１３】図１２に続くマスク基板の断面図である。
【図１４】多重露光工程時のウエハの全体平面図である。
【図１５】図１４に続く多重露光工程時のウエハの全体平面図である。
【図１６】図１５に続く多重露光工程時のウエハの全体平面図である。
【図１７】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法で用いた露光装置の一例の説明図である。
【図１８】図１７の露光装置の要部の説明図である。
【図１９】図１７および図１８の露光装置の露光領域の説明図である。
【図２０】図１７および図１８とは異なる露光装置の露光領域の説明図である。
【図２１】本発明の他の実施の形態である半導体装置の製造方法で用いるマスクの全体平面図である。
【図２２】図２１のＸＢ−ＸＢ線の断面図である。
【図２３】本発明の他の実施の形態である半導体装置の製造方法で用いるマスクの要部断面図である。
【図２４】図２３のマスクと同じマスクの他の部分の要部断面図である。
【図２５】図２３のマスクの製造工程中の要部断面図である。
【図２６】本発明の他の実施の形態である半導体装置の製造工程中の半導体ウエハの要部平面図である。
【図２７】図２６のＸＣ１−ＸＣ１線の断面図である。
【図２８】図２６および図２７に続く半導体装置の製造工程中の半導体ウエハの要部平面図である。
【図２９】図２８のＸＣ２−ＸＣ２線の断面図である。
【図３０】図２９に続く半導体装置の製造工程中の半導体ウエハの要部断面図である。
【図３１】図３０に続く半導体装置の製造工程中の半導体ウエハの要部断面図である。
【図３２】図３１に続く半導体装置の製造工程中の半導体ウエハの要部平面図である。
【図３３】図３２のＸＣ３−ＸＣ３線の断面図である。
【図３４】図３３に続く半導体装置の製造工程中の半導体ウエハの要部断面図である。
【図３５】図３４に続く半導体装置の製造工程中の半導体ウエハの要部断面図である。
【図３６】図３５に続く半導体装置の製造工程中の半導体ウエハの要部断面図である。
【図３７】図３６に続く半導体装置の製造工程中の半導体ウエハの要部平面図である。
【図３８】図３７のＸＣ４−ＸＣ４線の断面図である。
【図３９】本発明のさらに他の実施の形態である半導体装置の製造方法で用いるマスクの要部断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ  マスク
２Ａ，２Ｂ  転写領域
３  遮光パターン
３Ａ  遮光膜
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ  光透過パターン
５  ハーフトーン膜
６  マスク基板
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ  位相シフタ
９  半導体ウエハ
９Ｓ  基板
１０  スキャナ
１０ａ  露光光源
１０ｂ  フライアイレンズ
１０ｃ  アパーチャ
１０ｄ１，１０ｄ２  コンデンサレンズ
１０ｅ  ミラー
１０ｆ  アパーチャ
１０ｆｓ  スリット
１０ｇ  投影レンズ
１０ｇａ  有効露光領域
１０ｈ  マスク位置制御手段
１０ｉ１  ミラー
１０ｉ２  マスクステージ
１０ｊ  試料台
１０ｋ  Ｚステージ
１０ｍ  ＸＹステージ
１０ｎ  主制御系
１０ｐ，１０ｑ  駆動手段
１０ｒ  ミラー
１０ｓ  レーザ測長機
１０ｔ  アライメント検出光学系
１０ｕ  ネットワーク装置
１２  シフタ膜
１５ａ〜１５ｄ  絶縁膜
１６ａ〜１６ｃ  絶縁膜
１７ａ，１７ｂ  配線溝（配線開口部）
１８ａ，１８ｂ  埋込配線
１９ａ，１９ｂ  反射防止膜
２０ａ，２０ｂ  開口部
２１ａ  スルーホール（配線開口部）
２５  シフタ膜
ＥＲ１〜ＥＲ３  レジストパターン
ＰＲ１，ＰＲ２  フォトレジスト膜
ＥＸＬ  露光光
ＣＡ  チップ領域
ＳＡ１，ＳＡ２  露光領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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